Fachwörter-Lexikon

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Gusswerkstoffe, Auswirkung von Gitterbau- und Materialfehler

Metalle und Legierungen (polykristalline Werkstoffe) weisen häufig eine Vielzahl von erwünschten aber auch nicht erwünschten Gitterbaufehlern wie Leerstellen, Zwischengitteraromen, Versetzungen, Korngrenzen, Zwillingsbildungen, Poren und Rissen auf. Durch die Herstellungsprozesse während der Schmelz- und Gießvorgänge können auch größere Hohlräume (Lunker) gebildet werden. Bei der Erstarrung einer Metallschmelze tritt in der Regel eine Volumenabnahme (Schwindung) auf, die zur Folge hat, dass in den zuletzt erstarrten Bereichen des Gussstückes ein mehr oder minder großer Hohlraum entsteht. Lunker haben im Allgemeinen eine ausgeprägte, werkstoffabhängige Trichterform. Des Weiteren entstehen Materialfehler wie Seigerungen (Konzentrationsanhäufungen von Legierungselementen) sowie gewollte oder unerwünschte Einschlüsse beziehungsweise Ausscheidungen.

 Arten von Gitterfehlern in einem metallischen Werkstoff

Anodisation

Anodisation ist die Erzeugung von Oxidschichten mit Hilfe des elektrischen Stroms. Dabei wird das Metall, auf dem die Oxidschichten gebildet werden, als Pluspol (Anode) in einer elektrisch leitenden, wässrigen Lösung (Elektrolyt) geschaltet. In derselben Lösung befindet sich eine zweite Elektrode, die Kathode. Bei Anlegen einer Spannung fließt zwischen beiden Elektroden ein elektrischer Strom. Das anodisch kontaktierte Metall wird oxidiert und gibt Elektronen ab. Dabei entsteht an der Kathode Wasserstoff, der entweicht. Das verbleibende Hydroxidion reagiert an der Anode mit dem ionisierten Metall zu einem Oxidhydrat mit amorpher Stöchiometrie, entsprechende folgender Gesamtreaktion (vereinfacht):

Me + nH₂O → Me(OH)_n + n/2H₂

Anodisierbar sind die eine kompakte Sperrschicht bildenden Metalle Aluminium, Titan und Magnesium. Die Oxidschicht ist sehr stabil und schützt das darunter liegende Metall vor einem weiteren Angriff durch Oxidation oder Korrosion. Anodisierte Metalloberflächen zeigen sich deshalb im Gebrauch als sehr beständig. Sie behalten je nach Verfahren auch ihr metallisches Aussehen, da die Oxidschicht dünn und transparent ist.
Durch das Anodisieren in sauren wässrigen Lösungen kann die natürlich vorhandene Oxidschicht verstärkt werden. Dies wird in großem Umfang bei Aluminium und Aluminiumlegierungen durchgeführt. Speziell bei Aluminium wird Anodisieren auch als Eloxieren bezeichnet – Eloxieren ist eine Kurzfassung des Begriffes elektrolytisches Oxidieren. Die Dicke der Oxidschicht hängt unter anderem von der beim Anodisieren verwendeten elektrischen Spannung ab. Im Prinzip besteht das beim Anodisieren hergestellte Aluminiumoxid aus zwei Phasen: einer Sperrschicht von einigen Nanometern direkt an der Metallgrenze und einer deutlich dickeren, aus hexagonalen Röhren aufgebauten Oxidschicht. Die Poren mit Durchmessern von 20 nm bis 40 nm befinden sich im Zentrum von so genannten Zellen und stehen annähernd senkrecht auf dem Grundmaterial. Die Struktur der Zellen sowie der Aufbau der Oxidschicht hängen vom Anteil an Fremdstoffen im Aluminium ab.

Kunststoffe, Spritzgießen

Das Spritzgießen ist eines der wichtigsten Verarbeitungsverfahren für Kunststoffe. Durch das Spritzgießen können komplexe Bauteile von hoher Qualität und Maßgenauigkeit meist ohne Nacharbeit in einem Arbeitsgang wirtschaftlich hergestellt werden. Da die Spritzgusswerkzeuge teuer sind, lohnt sich das Spritzgießen allerdings erst bei hohen Stückzahlen (Massenfertigung). Durch Spritzgießen können nicht nur Thermoplaste, sondern auch Duroplaste und Elastomere verarbeitet werden. Das Spritzgießen dieser Kunststoffsorten hat jedoch eine untergeordnete Bedeutung. Prinzipiell entspricht der Verfahrensablauf des Spritzgießens von Duroplasten und Elastomeren demjenigen von Thermoplasten. Die Vernetzung erfolgt aber erst nach dem Einspritzen in das auf Temperaturen von ca. 150 °C bis 200 °C erhitzte Werkzeug.

Spritzgussmaschine / Bildquelle: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik/VCH-Verlag

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